用负余量闭合加工模具简介

用负余量闭合加工模具负余量闭合有助于你以更少的时间制作更好的模具。这里有该工艺明确的定义和描述。虽然概念相当简单，但实施起来是有挑战性的。想象你正在看一个完成的塑料注塑模的型芯，而与其配合的型腔坯料（尺寸40"x12"x6"）仍放在它旁边的地面上，还未加工。想象一下，你正被告知整套模具要将在明天下午试模。“不可能的！”，那将是一个自然的反应，然而想象一下就在第二天下午你目睹了试模并接受了整套模具。这个模具用于生产丰田汽车格栅的一个零件，它约三英尺长、四英寸宽。型腔自动地被加工而且整夜无人看守，而整套模具实际上在第二天下午的首次试模时验收通过。这个应用使我们认识到，通过编程、机床和刀具周密地集成，老式繁重的模具制造可改造为科学的模具制造（见图1）。图1：用于该汽车内饰件的注塑模是使用负余量闭合进行精密制造的。照片由ClassicDie公司提供。负余量闭合的定义从历史看，闭合区域是谨慎和乏味地刮研并定制装配，所以型腔和型芯的侧面实际上将相互碰撞并封堵模具内的塑料-限制塑料流动到型腔和流道区。模具的刮研是一种艺术形式，需要技巧和耐心。结果是一种定制的分模，由于它的装配，每个模具都是独一无二的。名称“负余量闭合”引用保留负余量的概念；实际上是模具分型线和闭合线的间隙！制造技术能提供更短的加工周期和更高的利润。模具的好处是寿命更长和性能更好。间隙很小，不足以引起塑料的任何流动，所以模具仍然是闭合的。对于大多数塑料，大约0.0008"通常是一个可接受的余量，虽然那个间隙根据制模材料的不同而变化。为了获得最佳的结果，负余量必须根据表面（通常是型腔）来制定，所以沿分型面周围的较大区域与零件隐藏的内表面有轻微的重叠。好处众多消除刮研的处理对于所有方面都是一个很大的胜利。从历史看，在模具制造过程中，装配和刮研是最大和最昂贵的劳动力要素之一。它也是不可预计的，通常延误模具的完工、试模和/或验收。消除刮研能缩短加工周期并降低成本。也许更重要的是模具制造从技巧到科技转变所带来的好处。保持模具的几何形状完美无缺意味着模具可被更容易地维修，而且镶嵌件能互换。当模具闭合时没有干涉和碰撞，延长了模具的寿命。模具的间隙通过模具边角内置的四个接触垫片来维持，注口和流道区域也是如此。既然模具的精密表面不发生型腔和型芯的碰撞，那些表面不易在使用中磨损和变坏。通过消除碰撞，更软的模具钢可能产生相同或甚至极好的结果，同时还为你和模具制造商提供一个更快的模具制造工艺。间隙还使模具工作得更好。通风的需要通过负余量闭合自动地解决了，因为空气决不会被挡住。压机需要更少的力来支持模具的闭合和塑料的注入。加工节拍更快而且具有更低的力，提高模具的效果。令人印象深刻的利益组合使得负余量闭合令人向往；更快和更便宜的模具、更长的模具寿命、更快的加工节拍以及更小的压机。当今我们能如何实施负余量闭合？开始演变总的来说，负余量闭合被看成是最成功的一种改良的工艺。从今日开始迫使公差能满足你的工作。使整个模具制造工艺保持更紧的公差。随着我们达到一种可靠性能的状态，信心和效果将接踵而来。转变发生于从模具制作的技巧转到模具制造的科技。当今技术的广泛实施使得负余量闭合更实用。高性能CAM系统以更少的时间获得更紧、更精确的刀具路径。刀具路径区域的可靠性对于自信的无人看管的整夜和整个周末的加工是关键的。高性能CNC机床使得加工自动化，同时切得更快和更精确。极好的夹具、刀柄和刀具结合在一起，按期交付外观更好的绝对精确的模具。为了说明负余量闭合的原理，让我们检查一个两度拔模斜度和周围间隙0.0008"的轮廓陡峭的公母套件（见图2）。四个边角的垫片限制零件的啮合量为0.0008"，仍然没有可察觉的侧向移动或旋转。图2：AMBA研讨会特别报道了一套接近一英寸深的配套的型腔和型芯。具有两度的拔模斜度，仅仅是壁面上0.000040（班万分之四十英寸）的不同导致深度上0.0010的不同!精度对于期望得结果是至关重要的。为了更好地理解负余量闭合所需的关键公差，考虑相对于陡峭的型腔和闭合面的公差。在两度的拔模角度上，Z向深度0.0005"的不同小于X/Y平面的0.000020"。工作于如此紧的公差要求密切注意所有的细节，采用现有最好的刀具。所有这些方面（编程、刀具和机床）协同工作以获得负余量闭合的成功。最终产品的精度依靠该方法的每一步。有效的程序执行要求更好的机床和刀具性能。刀具寿命要求更好的编程和机床性能。有效的机床加工要求紧密、精确的程序来指导运动和耐用且精确的刀具。三个要素不可避免地缠绕在一起，为了其自身的成功而相互倚赖。表面模型你知道大多数流行的CAM系统并不真正用数学NURBS（非均匀有理B样条）表面来定义你的零件吗？实际上，多数系统执行的第一步之一是生成一个帮助他们工作得更快的平铺或“方格状”的表面。不幸的是，这种生成在精度方面作出让步。当在CAM系统内生成本地文件时，这个缺点能通过收紧表面公差而被最小化，但是这又降低了系统的速度。最好的方法仍然看起来是采用真实的零件表面模型，消除中间的零件模型步骤。更紧的参数“输入垃圾，输出也是垃圾”是关于计算机程序的一个熟悉的表述。负余量闭合依靠紧密且精确的刀具路径来制造精确的零件。关键之一是选择刀具路径的公差将保持零件很好地在公差范围内，并且为CNC机床提供最优运转所需的信息。最新的高速CNC机床有更多的参数才能运转得更好。这意味着你能为CAM的输出指定0.0001"到0.000050"的公差。这不仅适用于你的CNC，而且总的来说它将运转得更好。每步运动较小的方向变化实际上更易于使CNC能比以更少的运动而采用更尖锐的偏差执行得更精确。这要求更多的刀具路径，采用更小的步距。当今你的带有CAM系统的CAM快速的计算机处理能力和直接的网络功能使得具有更大刀具路径的有效加工能够进行。机床设计当今的高性能CNC机床能比过去运动得更快且更精确。这是机床设计和控制共同作用的结果。更快的电子器件、响应更快的驱动系统和动态性能更好的机械设计共同提高速度和精度（见图3）。图3：与圆拱形的滚珠导轨相反，滚动导轨有一个平且引人注目的更大的接触区。这引起明显更高地载荷承载能力和更低的磨损，结合了最小的滚动摩擦。图片由Schneeberger直线技术公司提供。传统的箱形导轨正日益被替代，因为表面积大且引起摩擦。直线导轨的球轴承具有最小的摩擦和很高的响应速度，但是它们遇到缺乏阻尼的问题，因为滚珠的接触面积极小。振颤和振动是常见的问题。导轨设计选择直线滚动导轨日渐增多。在其导轨表面上，滚子的直线接触表面有助于把力通过机床部件传递到地基上，抑制了振动。最终结果是机床的响应更快而不牺牲表面质量。机床动态性能的提高不仅使零件加工得更快，而且使刀具的寿命更长。刀具被设计用于剪切材料，而不是把它擦掉。如果我们能为任何特别的刀具维持设计的切屑负载，刀具的寿命将得到延长。无论切屑载荷多么小，有效的摩擦作用磨损切削刃。因此，机床的加、减速性能越好，刀具的寿命将越长。附带的好处将是表面粗糙度更一致，零件的外观更好。预读加速所需的时间可能更不相同，但在所有情形下，时间的要求是控制、预读的一个关键要素。这是一个大的话题，值得一篇文章全部讲述其优点。简而言之，没有预读的话，复杂轮廓的刀具路径通常将受到妨碍。CNC程序执行最常见和明显的缺点是边角处的绕过，机床基本上是走了捷径而不是在图4的H点处执行一个尖角。图4：从A点到J点进行高进给率铣削，没有预读的话，过切将发生在F点。同样地，H点的边角可能被绕过。图片由CreativeEvolution公司提供。更隐蔽的缺陷是当点群集在一起时的过切。从历史看，NC和CNC机床每次执行单步运动。由于更低的进给量和更差的生成刀具路径的能力，每个连续的块移动通常允许足够的时间用于其自身从停止开始加速和减速降到停止。由于CAM和CNC已经进步了，数据密度和进给量已经提高了流经这些点的运动，它是如今模具制造的一个关键能力。问题是如果我们盲目地假定穿越这些点时我们能停在一个很小的硬币上，我们一定要被过切刺痛。如果我们以每分钟五英寸的进给沿着轮廓运动，我们很可能将不会碰到问题。另一方面，如果我们以300ipm的速度穿越这些点，多数机床需要在C点处开始降速以便精确地到达角点F。否则，机床将在F点处过切，侵害零件并使机床颠簸。机床的预读性能有限或完全缺少这个性能，不仅会引起零件的侵害，而且能导致刀具上过大的应力或甚至是刀具的破坏。进一步，引起的机床颠簸导致机床驱动部件和导轨的过量磨损。主轴机床要运动得快，也必须有一个快速的主轴。老式的皮带或齿轮传动的主轴几乎不能那样做，所以应该使用筒形的主轴、部件本身集成马达和线圈的主轴。这消除了驱动系统额外的热和振动。为了保持主轴的温度受到控制，增加冷却-循环的液体通过马达线圈和轴承周围的腔室。冷却器保持液体恒温，使主轴和床头箱避免膨胀。HSK刀柄更高的主轴转速要求更精确、动平衡更好的刀柄。刀柄的安全夹持在高速下尤其重要。7/24锥柄的开发是在半个多世纪之前，而且当今售卖的CAT、BT和ISO刀柄不针对主轴高转速。目前的主流技术是HSK，大约在10年前由DIN（德国标准协会）委员会把它定义成了行业标准。HSK刀柄有几种型式，但由于其设计（见图5），都具有很高的刚度和非常低的跳动。锥面和端面都进行定位。高转速时动平衡是至关重要的，所以很多HSK的设计都是完全对称的，以避免象驱动键常见的不平衡区域。HSK刀柄的保持力针对整个设计速度范围的安全性，而且实际上随着转速的提高，夹持变得更紧。可红套晌刀坏柄遵帮毯助袭HS绞K辫刀柄华激增泄的刀直柄研皇发成迷果之帽一是滴红套栽技术董。这慈个简丛单的训物理默应用吵使用策热胀挎和冷芬缩凑的原穷理来箭把立辈铣刀殿夹到多刀柄年上。灶通过堪消除心侧固劣刀柄研常见勒的止枕动螺档钉和站其它傅刀柄痛中广笼泛使棍用的稀弹簧贺夹头跪，跳枣动和隆不平傲衡充顶分消绕除。稳红套哗刀柄朴通常渐的跳陪动量涌小吗于间0.约00铺01糠"考。母红套纽刀柄由为用捧户提序供的招好处轿有几抛个方浴面（少见相图的6柔）。边首先签，刀错具运换转得全更精柴确，粮所以诉你的肚零件虑将缎更精竟确，屈本文殖建议判的一垒个关辰键要通求在卵于我约们工卵作的漠成败桶与型毒腔到茫型芯脉刚果好圈0.倒00粪08阁"若的配感合所合决定厚。铣谱削表距面看姿起来罩也更旦好。迅精度庙方面子的一久个额姿外好在处是暂立铣掩刀的忍所有愧切削峡刃都勇参与硬切削时。这脚意味挨着更就顺畅速的性匆能、公更好能的表们面粗菊糙度沃和更钻好的秆刀具雹寿命址。森红套惯刀柄厅提供义更多桑的好泡处。稼刀柄盏不需产要弹答簧夹睛头或烈止动蛛螺钉苍来夹耽持刀玻具，辅所以供它务们能铁被做椅成非咐常细筝长的碧形状欢以姥提供命到达和不平浮常的件狭小皂地方曾，使感得较洲短的日、成羞本较牢低的仍硬质萝合金喘刀具功完成荷挑战卷性更著强的台应用势。即滨使你翼有自辩己的自五轴舟或征3+索2鹊轴机胃床，堡细长底的红拣套刀心柄能物帮助坛你减尤少五因轴的桂装夹律，消繁除必歌要的雀干涉均检查绒并提晕高程碌序的惧复杂控性残。作刀具庄精扰度苍刀具伸本身嗽的实套际精放度是幅成功淋应用提负惩余量椅闭合歼的又针一关纤键因痰素。嘉工作政于如卸此紧活的公富差，恭我们滚不能奔接受桐刀具腔的实桐际形彼状的颜偏差墙（见吊图泪7凉）笼。斯刀具冤行业软的一品些创轿新者回提供劝球头菌立铣舟刀精虾度三寒微米耕之内哲的个多体证谱书，促所有团四个姨刃具很有过底中心沫切削赖性能线的真裳正的犹四刃查球头胖铣刀来。解因为他有了烟红套邪刀柄添，精责确的波刀具促形状陷再次货提供败双赢叹的机衔会；拾其精饱度制赢造出三更精仆确的句零件牧，而跨且通孙过提胃供颤每齿熟更一芽致的分切屑江载荷会，还元保证塘更高镇的生医产率棵和更夺长的绕刀具鸦寿命富。罢刀具恳几何突角集度梅各种息各样退的刀省具形息状能茶使你乌的加紧工效慧率产机生很诚大液的不元同。尤为此消，考母虑公凝制刀转具。瞧你瞒的规C刮AM霸系统聚不在怠乎你欧的刀煎具是拾英制索还是撕公制爷。一饶般而边言，漠美国报以外权的世奴界各撒地都都用公止制，至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